【編者按】
無人機檢測能夠克服空間的限制，大幅度提升橋梁檢測效率，節約檢測成本，保障人員安全。
目前，我國關於無人機橋梁檢測的研究尚處於分離式發展狀態，即「人在迴路的基於無人機的橋梁半自動檢測」，無人機本身不具備自主識別結構、自動規劃路線功能，只作為一個數據採集的媒介。研究的側重點在圖像後期技術（如目標分類、檢測、分割、三維重構等），本質是基於計算機視覺和深度學習的圖像處理，將拍到的圖片、視頻轉換成橋梁工程師能看懂的指標或者是能支持決策的數據。
全自動無人機橋梁檢測，需要自主規劃航線、自動採集所需數據，並自動完成數據分析，分析結果直接服務於決策。這是未來的發展趨勢。
現今，美國北卡羅來納州走在美國橋梁檢測技術實踐前沿，成為橋梁檢測行業的聚焦之地，他們相繼完成了對大橋的雷射繪圖作業和無人機超視距成像作業。
北卡試驗場
這是兩次很有意義的實踐。首先,在今年9月底完成的對巴斯奈特大橋的雷射繪圖，是用數萬億個雷射束對大橋（Marc Basnight Bridge）全貌進行了一次徹底掃描，用以觀察橋梁混凝土的應變和結構損傷。緊接著在10月初，美國聯邦航空管理局（FAA）批准美國北卡羅來納州交通廳（NCDOT）在超視距範圍使用無人機進行橋梁檢查，無人機檢測結構安全的新時代正式開啟。
用無人機檢測橋梁結構損傷並不稀奇。美國自2013年以來就一直在州一級交通廳嘗試使用無人機檢測。然而，由於信號和安全性等原因，無人機在超視距範圍和橋梁結構死角的處理上一直不理想。而只有將無人機的覆蓋範圍擴展到操作員視線之外，檢查才能在人類難以到達的地方收集更多高解析度圖像，橋梁結構的分析才能完整且標準，進而有助於後期的錄入、分析、對比等工作。
北卡羅來納州交通廳負責人埃裡克·博耶特（Eric Boyette）對這兩項檢測技術能夠在北卡州率先應用感到非常欣慰。他表示：「車載雷射檢測和超視距無人機自動檢測是兩項重要的技術實踐，兩種載具的優勢都在於對交通影響極小。尤其是無人機檢測，當前任務是保證無人機檢測流程的完整性、安全性，後續將提高其他細節的識別能力。這是一套全新的系統，將使我們能夠完成對大橋的遠程檢查。」
該項目的部分應用程式由無人機製造商Skydio開發。其特點為機載的人工智慧作業系統與動力系統，可令飛行器在缺乏可靠GPS信號的情況下避開障礙物（例如橋梁下部結構和下部桁架等），從而安全、完整地完成檢測任務的全過程。這也是之前自動無人機檢測的難點之一。
技術、成本的全面突破
無人機檢測有一些傳統難點。首先是無人機的信號問題。實操中，無人機一般是通過GPS導航，但是GPS的信號容易受外在條件的幹擾，出現無信號和信號不穩定的情況，導致無法完成檢測。第二是人機的自動操作問題。商用無人機飛行會受到自重、風場等因素影響，即使是專業飛手，駕駛時也會出現難以把控的情況。而用於橋梁檢測的無人機需具備一定特殊性，需用定製飛行器加載AI自動駕駛技術。第三是雷射成像與無人機圖像數據的獲取和三維成像技術，對飛行樣態、聚焦準確性等方面都有特殊要求。第四是關於橋梁不同種類的損傷識別，主要對於混凝土裂縫和鋼結構損傷的探測。無論空中還是路面的載具，雷射掃描出的成像要能夠直接與預設的橋梁健康分析系統對接，分析過程可以是半人工或由電腦自動完成。
本次試驗的無人機使用的是目前世界上最先進的AI自動飛行引擎。該技術可令無人機在360°的全障礙環境中完成自動安全導航，即使沒有GPS信號的區域也可以使用。成像傳輸方面，一座150米的鋼桁架橋，兩小時可完成全部成像傳輸作業，並交回資料庫作同步分析。
成本方面，超視距全自動無人機檢測技術，將替代人工觀察員或無人機駕駛員，這會使橋梁檢測成本進一步降低。經過美國國家公路和運輸官員協會（AASHTO）計算，與傳統檢測手段相比，無人機檢測的成本可降低75％，主要體現在人工成本和時間成本的大幅降低，再算上節省下來的社會干擾成本（如封橋斷路等），無人機檢測的綜合成本會更低。
市場方面，北卡州交通廳負責人表示，這是一項「能改變遊戲規則的成就」。這種技術一旦進一步成熟，其市場是州內的2萬座橋梁和全美60萬座橋梁，很有希望徹底告別危險的吊索和昂貴的人工成本，也為未來的橋梁和基建檢查鋪平了道路。
本文刊載 / 《大橋養護與運營》雜誌 2020年 第4期 總第12期
作者 / Anthony Davis